(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロロシランを含む原料ガスを高温下で反応させて多結晶シリコンを析出させるとともに、その排ガス中のポリマー化合物を含むミスト分をフィルターによって捕集した後、これらミスト分が捕集された後の排ガスを気液分離工程により気液分離し、そのガス分及び液分を精製・蒸留することにより前記原料ガスの一部とする多結晶シリコン製造方法において、
前記フィルターの整備工程を有し、該整備工程は、前記フィルターを収容するハウジングの前後の流路を閉鎖しておき、該ハウジング内にクロロシランを注入するとともに、該ハウジングの内部を加熱することにより気化したガスを前記ハウジングから排出し、排出したガスを前記気液分離工程に案内することを特徴とする多結晶シリコン製造方法。
【請求項２】
前記気化したガスを前記ハウジングから排出する際に、該ハウジング内にパージ用ガスとして水素ガスを供給することを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコン製造方法。
【請求項３】
前記ハウジングの内部を加熱する方法として、ハウジングの外面を蒸気で加熱することを特徴とする請求項１又は２記載の多結晶シリコン製造方法。
【請求項４】
クロロシランを含む原料ガスを高温下で反応させて多結晶シリコンを析出させる反応炉と、該反応炉からの排ガス中のポリマー化合物を含むミスト分をフィルターに捕集するミスト分離装置と、該ミスト分離装置を経由した排ガスを冷却して気液分離する凝縮器と、そのガス分及び液分を精製・蒸留して前記原料ガスの一部とする精製・蒸留装置とを備える多結晶シリコン製造装置において、
前記ミスト分離装置は、前記フィルターを収容するハウジングに、該ハウジングに対する前記排ガスの流入路及び流出路を開閉可能な弁と、前記ハウジングの内部を加熱する加熱手段と、前記弁によって閉じられた前記ハウジング内にクロロシランを注入するクロロシラン供給管と、該ハウジング内のガスを排出して前記凝縮器に案内する排出管とを備えていることを特徴とする多結晶シリコン製造装置。
【請求項５】
前記ハウジングに、該ハウジング内のガスを追い出すパージ用ガス供給管がさらに備えられていることを特徴とする請求項４記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項６】
前記加熱手段は、前記ハウジングの外面にジャケットが設けられるとともに、該ジャケット内に熱媒体を供給する熱媒体供給管が接続される構成であることを特徴とする請求項４又は５記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項７】
前記ミスト分離装置は、前記フィルターを収容するハウジング及びその流入路及び流出路を開閉可能な弁が少なくとも並列に２系統設けられていることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の多結晶シリコン製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコン製造工程における反応によって生じた排ガスから、該排ガス中に含まれるポリマー化合物を分離、除去した後に、その排ガスを気液分離して精製又は蒸留することにより原料ガスの一部とする多結晶シリコン製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多結晶シリコンの製造装置としては、シーメンス法による製造装置が知られている。このシーメンス法で生成された多結晶シリコンの排ガスには水素ガスの他に未反応のトリクロロシランと四塩化珪素、ヘキサクロロジシランや、テトラクロロジシラン等のクロロシラン成分のほかに、ポリマーと呼ばれる高分子塩化珪素化合物や粉末状のシリコン等が含有される。
これら排ガスは、凝縮器（熱交換器）を通じて−２０℃以下に冷却されることでクロロシラン分は分離され、分離されたクロロシラン成分は蒸留工程を経て再び半導体純度のクロロシランとなり、原料ガスの一部として多結晶シリコン製造工程に投入される。残りの水素ガスは精製され、同様に原料ガスの一部として再び多結晶シリコン製造工程に投入される。前述の高分子塩化珪素化合物（ポリマー化合物と云う）や粉末シリコンは、凝縮器（熱交換器）の内部に堆積し、プロセスガスの通過を阻害すると共に、熱交換効率の低下を招く原因となっており、水素ガスの循環が滞り、安定操業の支障となる。
【０００３】
これらを解決する手段として、特許文献１には排ガスラインにフィルターを設け、これらシリコン粉末やポリマー成分を捕集し、濾過圧が上昇した場合にはクロロシラン液にて洗浄する方法が提案されている。
また、特許文献２によれば、フィルターに固着したポリマー成分は分離回収することによって多結晶シリコン製造プロセスの原材料として利用可能である。
さらに、特許文献３によれば、ポリマー成分をクロロシランにより溶解・不活性化することが可能である。
【特許文献１】特開２００５−８４３０号公報
【特許文献２】特公平７−９１０４９号公報
【特許文献３】特許第２８１７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ポリマー化合物は粘性を帯びており、フィルターのメッシュに固着した状態となると、クロロシランによる洗浄では完全には除去できず、濾過圧の上昇速度が速くなるなどの問題がある。従って、フィルターハウジングを開放し、フィルターユニットを交換する必要が生じる。
このフィルターユニットを交換する際は内部が外気に晒される事態は不可避である。このため、洗浄液として用いたクロロシラン成分がフィルターハウジング内に残留していると、クロロシランと大気が激しく反応し、発生した塩酸系のガスは雰囲気の設備を腐食すると共に、反応によって生じた熱によりクロロシラン分が発火するなどの危険性を生じる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、フィルターに固着したポリマー化合物及びクロロシラン洗浄液を安全に除去して、その交換作業を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の多結晶シリコン製造方法は、クロロシランを含む原料ガスを高温下で反応させて多結晶シリコンを析出させるとともに、その排ガス中のポリマー化合物を含むミスト分をフィルターによって捕集した後、これらミスト分が捕集された後の排ガスを気液分離工程により気液分離し、そのガス分及び液分を精製・蒸留することにより前記原料ガスの一部とする多結晶シリコン製造方法において、前記フィルターの整備工程を有し、該整備工程は、前記フィルターを収容するハウジングの前後の流路を閉鎖しておき、該ハウジング内にクロロシランを注入するとともに、該ハウジングの内部を加熱することにより気化したガスを前記ハウジングから排出し、排出したガスを前記気液分離工程に案内することを特徴とする。
【０００７】
この多結晶シリコン製造方法においては、フィルターを整備する際に、該フィルターを収容しているハウジングを閉鎖状態とし、クロロシランを注入することにより、フィルターに付着したポリマー化合物をクロロシランに溶解するとともに、表面の不活性化を行う。その上で、これを加熱して気化したガスをハウジングから排出する。
【０００８】
本発明の多結晶シリコン製造方法において、前記気化したガスを前記ハウジングから排出する際に、該ハウジング内にパージ用ガスとして水素ガスを供給するようにしてもよい。
ハウジングから気化したガスを水素ガスによって追い出すようにするのであり、水素ガスはクロロシランとともに多結晶シリコン製造の原料であるから、その後の原料化のための処理を妨げることがない。
【０００９】
また、本発明の多結晶シリコン製造方法において、前記ハウジングの内部を加熱する方法として、ハウジングの外面を蒸気で加熱するようにしてもよい。
【００１０】
そして、本発明の多結晶シリコン製造装置は、クロロシランを含む原料ガスを高温下で反応させて多結晶シリコンを析出させる反応炉と、該反応炉からの排ガス中のポリマー化合物を含むミスト分をフィルターに捕集するミスト分離装置と、該ミスト分離装置を経由した排ガスを冷却して気液分離する凝縮器と、そのガス分及び液分を精製・蒸留して前記原料ガスの一部とする精製・蒸留装置とを備える多結晶シリコン製造装置において、前記ミスト分離装置は、前記フィルターを収容するハウジングに、該ハウジングに対して前記排ガスの流入路及び流出路を開閉可能な弁と、前記ハウジングの内部を加熱する加熱手段と、前記弁によって閉じられた前記ハウジング内にクロロシランを注入するクロロシラン供給管と、該ハウジング内のガスを排出して前記凝縮器に案内する排出管とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の多結晶シリコン製造装置において、前記ハウジングに、該ハウジング内のガスを追い出すパージ用ガス供給管がさらに備えられている構成としてもよい。
さらに、本発明の多結晶シリコン製造装置において、前記加熱手段は、前記ハウジングの外面にジャケットが設けられるとともに、該ジャケット内に熱媒体を供給する熱媒体供給管が接続される構成としてもよい。
また、本発明の多結晶シリコン製造装置において、前記ミスト分離装置は、前記フィルターを収容するハウジング及びその流入路及び流出路を開閉可能な弁が少なくとも並列に２系統設けられている構成としてもよく、一方ずつを交互に使用し、その使用中に他方を整備することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の多結晶シリコン製造方法及び製造装置によれば、フィルターに付着したポリマー化合物をクロロシランによって溶解するとともに、表面の不活性化を行い、その上で、これらを気化させてガスとして排出するようにしている。したがって、その後にハウジングを大気開放しても、発火や腐食性ガスの発生などの危険はない。また、クロロシランに溶解したポリマー化合物は再び多結晶シリコン製造プロセスの原材料として再利用可能となるため、製造コストの低減に繋がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る多結晶シリコン製造方法及び製造装置の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の多結晶シリコン製造装置の全体構成を示すフロー図である。この多結晶シリコン製造装置１は、クロロシランを含む原料ガスを高温下で反応させて多結晶シリコンを析出させる反応炉２と、該反応炉２からの排ガス中のシリコン粉末及びポリマー化合物を含むミスト分をフィルターに捕集するミスト分離装置３と、該ミスト分離装置３を経由した排ガスを冷却して気液分離する凝縮器４と、そのガス分及び液分を精製・蒸留して前記原料ガスの一部とする精製・蒸留装置５とを備えている。
反応炉２は、内部に多数のシリコン芯棒６が設けられ、これらシリコン芯棒６を赤熱させた状態として原料ガス供給系７から供給される原料ガスを接触させることにより、該原料ガスの熱分解及び水素還元によってシリコン芯棒６の表面に多結晶シリコンＳを析出するようになっている。反応に供された後のガスは排ガス管８から排出され、ミスト分離装置３に送られる。
【００１４】
ミスト分離装置３は、反応炉２からの排ガス管８が例えば二つに分岐されるとともに、各分岐管１１Ａ，１１Ｂの途中に設けたポット状のハウジング１２内にフィルター１３が収容され、該ハウジング１２の前後に、ハウジング１２への流入路１４及び流出路１５を開閉可能な弁１６，１７が配設されている。このフィルター１３は、複数枚のワイヤメッシュ板１３ａを積層して構成されており、ハウジング１２の蓋体１２ａに一体に固定され、該蓋体１２ａとともにハウジング１２内から取り出すことができるようになっている。また、このハウジング１２内のフィルター１３と流入路１４の弁１６との間に、ハウジング１２内に各種流体を供給するための流体供給管１８が接続され、また、ハウジング１２内のフィルター１３と流出路１５の弁１７との間には排出管１９が接続されている。
【００１５】
この場合、流体供給管１８は、図示例の場合は、ハウジング１２に接続状態の注入管２１に、クロロシラン供給管２２、パージ用ガス供給管２３、不活性ガス供給管２４、真空排気配管２５の４本が接続され、それぞれ弁２６〜２９を介していずれかに選択して供給することができるようになっている。注入管２１にも弁３０が設けられる。また、排出管１９の他の先端は、流出路１５の弁１７を迂回するようにして該弁１７の下流で再び流出路１５に接続され、凝縮器４に通じる連絡管３１に接続される構成である。符号３２は排出管１９の途中を開閉する弁を示している。
一方、ハウジング１２の外面には、該ハウジング１２の外郭を二重構造とするようにジャケット３３が設けられ、該ジャケット３３に、ハウジング１２との間の空間３４に熱媒体として蒸気を供給する熱媒体供給管３５及び熱媒体排出管３６が着脱可能に接続される構成とされている（図３（ｂ）参照）。
【００１６】
凝縮器４は、例えば複数の熱交換器を接続状態とした構成とされ、これら熱交換器を経由することにより排ガスを例えば−５０℃程度まで冷却し、ガス中のトリクロロシラン、四塩化珪素等を凝縮して液状にするとともに、ガス状のまま残る水素を分離するものである。
精製・蒸留装置５は、凝縮器４からガス流通管４１を介して送られてくる水素を精製する精製装置４２と、凝縮器４から液流通管４３を介して送られてくる凝縮液を蒸留する蒸留装置４４とを備えており、精製された水素、及び蒸留で得たトリクロロシランを水素供給管４５及びトリクロロシラン供給管４６を経由して原料ガス供給系７に送り、原料の一部として再利用するものである。
【００１７】
このように構成した多結晶シリコン製造装置１において、多結晶シリコンを製造するには、反応炉２内に多数本のシリコン芯棒６を配置して、これを赤熱させた状態とし、これに原料ガス供給系７からトリクロロシラン及び水素を含む原料ガスを供給して、シリコン芯棒６の表面に熱分解及び水素還元によって多結晶シリコンＳを析出する。一方、反応に供された後の排ガスは、反応炉２から排ガス管８に排出され、ミスト分離装置３によってシリコン粉末やポリマー化合物が除去された後、凝縮器４で気液分離され、ガス分は精製装置４２により水素ガスとして精製され、液分は蒸留装置４４を経てトリクロロシラン、四塩化珪素等に生成される。そして、特に、その水素ガス及びトリクロロシランは再び多結晶シリコン製造用原料として利用され、原料ガス供給系７から再び反応炉２に供給される。
【００１８】
一方、ミスト分離装置３では、排ガス中のミスト分が蓄積され、ハウジング１２内のフィルター１３が詰まってくると排ガスの流れが阻害されるので、これを解体してフィルター１３を整備することが行われる。この場合、前述したようにミスト分離装置３は並列な２系統にそれぞれフィルター１３が設けられており、反応炉２からの排ガスは一方の系統にのみ送られ、他方の系統はフィルター１３の前後の弁１６，１７が閉じられた状態となっている。そこで、反応炉２に接続状態とされていたハウジング１２内のフィルター１３を整備するには、両系統の弁１６，１７の開閉を切り替えて、整備対象のフィルター１３を備えるハウジング１２を製造プロセスから切り離すとともに、反応炉２からの排ガスを今まで休止していた方のハウジング１２に流通させる。
【００１９】
次に、製造プロセスから切り離したハウジング１２内のフィルター１３の整備をする場合について図３〜図５を参照しながら説明する。これらの図において黒塗りの弁が閉鎖状態、白抜きの弁が開放状態であることを示している。
まず、弁１６，１７により閉じられたハウジング１２の閉鎖空間内に、図３（ａ）に示すように、流体供給管１８のうちクロロシラン供給管２２からクロロシランとして四塩化珪素を供給する。この四塩化珪素は、沸点が５７℃であり、常温で液状である。この四塩化珪素の液をハウジング１２内に供給して、ハウジング１２内のフィルター１３を四塩化珪素の液に浸漬させ、浸漬状態としたら、クロロシラン供給管２２の弁２６は閉じておく。フィルター１３及びハウジング１２の内面に付着していたポリマー化合物は、この四塩化珪素の液に浸漬されることによって溶解される。四塩化珪素の液は、フィルター１３のワイヤメッシュ板１３ａの間にも浸透して、内部のポリマー化合物も溶解もしくは不活性化する。
【００２０】
このようにして四塩化珪素の液をハウジング１２内に供給してフィルター１３内に浸透させた状態として、図３（ｂ）に示すように、熱媒体供給管３５からハウジング１２のジャケット３３内の空間３４に熱媒体として蒸気を供給する。このジャケット３３内への蒸気の供給によってハウジング１２内が外側から加熱されるが、内部の四塩化珪素は前述したように沸点が５７℃であるので、これら四塩化珪素が加熱によって気化される。また、排出管１９の弁３２を開放状態とし、流体供給管１８のうちパージ用ガス供給管２３からパージ用ガスとして水素ガスをハウジング１２内に供給することにより、ハウジング１２内のガスを水素ガスで追い出すようにして排出管１９から排出する。
【００２１】
この排出管１９は、ハウジング１２の下流側の閉鎖状態の弁１７を迂回して流出路１５から連絡管３１に接続されており、ハウジング１２から追い出されたガスは、連絡管３１から凝縮器４に案内される。このガスは、四塩化珪素にポリマー化合物が溶け込んだ状態で気化したものであり、凝縮器４内の配管類を詰まらせるようなことはない。そして、凝縮器４で気液分離され、以降は反応炉２からの排ガスと同様に、精製・蒸留される。また、パージガスとして使用した水素ガスも、原料ガスとして使用されているものであり、精製装置４２によって精製され、再び原料ガスとして利用される。
【００２２】
一方、ハウジング１２においては、内部のガスを完全に追い出し、水素ガス雰囲気で充満させたら、次は図４（ａ）に示すように、パージ用ガス供給管２３の弁２７及び排気管１９の弁３２を閉じ、真空排気配管２５の弁２９を開放することにより、内部の水素ガスを廃棄する。そして、図４（ｂ）に示すように、真空排気配管２５の弁２９を閉じて、不活性ガス供給管２４の弁２８を開放することにより、不活性ガスとして窒素ガスをハウジング１２内に供給する。そして、この図４（ａ）（ｂ）に示す操作を複数回繰り返して行うことにより、ハウジング１２内の雰囲気を窒素ガスに置換したら、弁２８，２９，３０を閉じた状態として、ハウジング１２の蓋１２ａを開け、フィルター１３をハウジング１２から取り外す。このときは、四塩化珪素もポリマー化合物もハウジング１２内から排出されているので、ハウジング１２内面やフィルター１３が大気に触れても発火等の危険はない。取り出したフィルター１３は分解され、必要に応じて清掃して新たなフィルターとして組み立てられる。
また、ハウジング１２内に新しいフィルターを収容する場合は、図５（ａ）に示す真空排気と、図５（ｂ）に示す水素ガスの導入とを繰り返すことにより、ハウジング１２内を水素ガスで置換しておき、他方の系統のフィルター整備まで待機させられる。
なお、フィルターの整備時期は、フィルターへのシリコン粉末やポリマー化合物の付着によって排ガスが流れにくくなるので、その圧力損失の上昇により判断される。
【００２３】
このようにして、多結晶シリコン製造時の排ガスからポリマー化合物等をフィルター１３により捕集して、該ポリマー化合物等が除去された排ガスを精製・蒸留することにより原料化するとともに、フィルター１３により捕集されたポリマー化合物についても、フィルター整備時に四塩化珪素とともに気化させた後に精製・蒸留することにより、同様に原料化しており、製造コストの低減を図ることができる。
しかも、フィルター１３に付着したポリマー化合物をフィルター１３から除去する際には、四塩化珪素によってポリマー化合物を溶解及び表面の不活性化を行うことで、その後の処理を容易にすることができ、そのガスを後工程に送って、通常のプロセスガスと同様にして容易に原料化処理することができる。また、ポリマー化合物表面が不活性化されたフィルター１３は、大気に接触しても安全であり、その解体整備作業を容易に行うことができる。
【００２４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、フィルターとしては、ワイヤメッシュ板以外にも、金属、セラミックス等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る多結晶シリコン製造装置の一実施形態の全体構成を示すフロー図である。
【図２】図１におけるミスト分離装置の詳細構成を示すフロー図である。
【図３】図２におけるミスト分離装置の一系統においてフィルターの整備工程のうち、ポリマー化合物を不活性化する工程を（ａ）（ｂ）の順に示したフロー図である。
【図４】図３の工程に続き、ハウジング内を窒素置換する工程を（ａ）（ｂ）の順に示したフロー図である。
【図５】新しいフィルターをハウジングに収容して待機状態とする工程を（ａ）（ｂ）の順に示したフロー図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  多結晶シリコン製造装置
２  反応炉
３  ミスト分離装置
４  凝縮器
５  精製・蒸留装置
７  原料ガス供給系
８  排ガス管
１２  ハウジング
１３  フィルター
１４  流入路
１５  流出路
１６，１７  弁
１８  流体供給管
１９  排出管
２１  注入管
２２  クロロシラン供給管
２３  パージ用ガス供給管
２４  不活性ガス供給管
２５  真空排気配管
３３  ジャケット
３４  空間
３５  熱媒体供給管
３６  熱媒体排出管
【図１】
0005309689.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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